Raziskave o vplivu dodatne LED luči na učinek povečanja pridelka hidroponične solate in pakčoja v rastlinjaku pozimi
[Povzetek] Zima v Šanghaju se pogosto srečuje z nizkimi temperaturami in malo sonca, rast hidroponične listnate zelenjave v rastlinjaku pa je počasna, proizvodni cikel pa dolg, kar ne more zadostiti povpraševanju na trgu. V zadnjih letih so se pri gojenju in pridelavi rastlin v rastlinjakih začele do neke mere uporabljati LED dodatne luči za rastline, da bi nadomestili napako, da dnevna akumulirana svetloba v rastlinjaku ne more zadovoljiti potreb rasti pridelkov, ko je naravna svetloba nezadostna. V poskusu sta bili v rastlinjaku nameščeni dve vrsti LED dodatnih luči z različno kakovostjo svetlobe, da bi izvedli raziskovalni poskus povečanja proizvodnje hidroponske solate in zelenega stebla pozimi. Rezultati so pokazali, da lahko dve vrsti LED luči znatno povečata svežo težo na rastlino pakchoija in solate. Učinek pakchoija na povečanje pridelka se odraža predvsem v izboljšanju splošne senzorične kakovosti, kot sta povečanje in odebelitev listov, učinek solate na povečanje pridelka pa se odraža predvsem v povečanju števila listov in vsebnosti suhe snovi.

Svetloba je nepogrešljiv del rasti rastlin. V zadnjih letih se LED luči pogosto uporabljajo pri gojenju in pridelavi v okolju rastlinjakov zaradi visoke fotoelektrične pretvorbe, prilagodljivega spektra in dolge življenjske dobe [1]. V tujini ima zaradi zgodnjega začetka sorodnih raziskav in zrelega podpornega sistema številne obsežne pridelave cvetja, sadja in zelenjave razmeroma popolne strategije lahkih dodatkov. Zbiranje velike količine dejanskih proizvodnih podatkov omogoča proizvajalcem tudi jasno predvidevanje učinka povečanja proizvodnje. Hkrati se oceni donosnost po uporabi sistema LED dodatne luči [2]. Vendar je večina trenutnih domačih raziskav o dodatni svetlobi nagnjena k kakovosti svetlobe v majhnem obsegu in spektralni optimizaciji ter nima strategij dodatne svetlobe, ki bi jih lahko uporabili v dejanski proizvodnji[3]. Številni domači pridelovalci bodo pri uporabi tehnologije dopolnilne razsvetljave v proizvodnji neposredno uporabili obstoječe tuje rešitve dopolnilne razsvetljave, ne glede na podnebne razmere območja pridelave, vrste pridelane zelenjave ter stanje prostorov in opreme. Poleg tega visoki stroški dodatne svetlobne opreme in velika poraba energije pogosto povzročijo velik razkorak med dejanskim donosom pridelka in ekonomskim donosom ter pričakovanim učinkom. Takšno trenutno stanje ni naklonjeno razvoju in pospeševanju tehnologije dopolnjevanja svetlobe in povečevanja proizvodnje v državi. Zato je nujno treba razumno umestiti zrele LED dodatne luči v dejanska domača proizvodna okolja, optimizirati strategije uporabe in zbrati ustrezne podatke.

Zima je sezona, ko je sveža listnata zelenjava zelo iskana. Rastlinjaki so lahko pozimi bolj primerno okolje za rast listnate zelenjave kot zunanja polja. Vendar je članek poudaril, da imajo nekateri starajoči se ali slabo čisti rastlinjaki pozimi prepustnost svetlobe manj kot 50 %. Poleg tega je pozimi nagnjeno k dolgotrajnemu deževnemu vremenu, zaradi česar je rastlinjak v nizki temperatura in slabo osvetljeno okolje, kar vpliva na normalno rast rastlin. Svetloba je postala omejitveni dejavnik za rast zelenjave pozimi [4]. V poskusu je uporabljena Zelena kocka, ki je bila dana v dejansko proizvodnjo. Sistem za sajenje listnate zelenjave s plitvim pretokom tekočine se ujema z dvema moduloma LED zgornje luči podjetja Signify (China) Investment Co., Ltd. z različnimi razmerji modre svetlobe. Cilj sajenja solate in pakčoija, ki sta dve listnati zelenjavi z večjim tržnim povpraševanjem, je preučiti dejansko povečanje proizvodnje hidroponične listnate zelenjave z LED osvetlitvijo v zimskih rastlinjakih.

Materiali in metode
Materiali, uporabljeni za testiranje

Testna materiala, uporabljena v poskusu, sta bila solata in zelenjava packchoi. Raznolikost zelene solate, Green Leaf Lettuce, prihaja iz Beijing Dingfeng Modern Agriculture Development Co., Ltd., sorta pakchoi, Brilliant Green, prihaja iz Inštituta za vrtnarstvo Šanghajske akademije kmetijskih znanosti.

Eksperimentalna metoda

Poskus je bil izveden v steklenih rastlinjakih tipa Wenluo v bazi Sunqiao podjetja Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd. od novembra 2019 do februarja 2020. Izvedena sta bila skupno dva kroga ponovljenih poskusov. Prvi krog poskusa je bil konec leta 2019, drugi krog pa v začetku leta 2020. Po setvi smo poskusne materiale postavili v klimatsko sobo z umetno svetlobo za vzgojo sadik in uporabili namakanje ob plimi. V obdobju vzgoje sadik smo za namakanje uporabljali splošno hranilno raztopino hidroponskih vrtnin z EC 1,5 in pH 5,5. Potem ko so sadike zrasle na 3 liste in 1 fazo srca, so jih posadili na gredico za sajenje listnate zelenjave v obliki zelene kocke. Po sajenju je sistem kroženja hranilne raztopine s plitvim tokom uporabljal hranilno raztopino EC 2 in pH 6 za dnevno namakanje. Pogostost namakanja je bila 10 minut z dovodom vode in 20 minut z izključenim dovodom vode. V poskusu sta bili določeni kontrolna skupina (brez dodatka svetlobe) in skupina za zdravljenje (dodatek LED luči). CK smo sadili v stekleni rastlinjak brez dodatka svetlobe. LB: drw-lb Ho (200 W) smo uporabili za dopolnitev svetlobe po sajenju v stekleni rastlinjak. Gostota svetlobnega toka (PPFD) na površini hidroponične zelenjave je bila približno 140 μmol/(㎡·S). MB: po sajenju v stekleni rastlinjak je bil za dopolnitev svetlobe uporabljen drw-lb (200 W), PPFD pa je bil približno 140 μmol/(㎡·S).

Datum prvega kroga poskusnega sajenja je 8. november 2019, datum sajenja pa 25. november 2019. Čas dopolnitve s svetlobo testne skupine je 6:30-17:00; datum drugega kroga eksperimentalne sajenja je 30. december 2019, datum sajenja je 17. januar 2020, dopolnilni čas poskusne skupine pa je 4:00-17:00
V sončnem vremenu pozimi bo rastlinjak odprl sončno streho, stransko folijo in ventilator za dnevno prezračevanje od 6.00 do 17.00. Ko je temperatura ponoči nizka, bo rastlinjak zaprl strešno okno, stransko rolo folijo in ventilator ob 17:00-6:00 (naslednji dan) in odprl toplotno izolacijsko zaveso v rastlinjaku za nočno ohranjanje toplote.

Zbiranje podatkov

Višina rastline, število listov in sveža teža na rastlino so bili pridobljeni po spravilu nadzemnih delov Qingjingcai in solate. Po merjenju sveže teže smo ga dali v pečico in sušili pri 75 ℃ 72 ur. Po koncu je bila določena suha teža. Temperaturo v rastlinjaku in gostoto toka fotosintetskih fotonov (PPFD, Photosynthetic Photon Flux Density) vsakih 5 minut zbirata in beležita senzor temperature (RS-GZ-N01-2) in senzor fotosintetskega aktivnega sevanja (GLZ-CG).

Analiza podatkov

Izračunajte učinkovitost uporabe svetlobe (LUE, Light Use Efficiency) po naslednji formuli:
LUE (g/mol) = donos zelenjave na enoto površine/skupna kumulativna količina svetlobe, ki jo pridobijo zelenjave na enoto površine od sajenja do žetve
Izračunajte vsebnost suhe snovi po naslednji formuli:
Vsebnost suhe snovi (%) = suha teža na rastlino/sveža teža na rastlino x 100 %
Uporabite Excel2016 in IBM SPSS Statistics 20 za analizo podatkov v poskusu in analizo pomembnosti razlike.

Materiali in metode
Svetloba in temperatura

Prvi krog poskusa je trajal 46 dni od sajenja do žetve, drugi krog pa 42 dni od sajenja do žetve. V prvem krogu poskusa je bila povprečna dnevna temperatura v rastlinjaku večinoma v območju 10–18 ℃; med drugim krogom poskusa je bilo nihanje povprečne dnevne temperature v rastlinjaku hujše kot med prvim krogom poskusa, z najnižjo dnevno povprečno temperaturo 8,39 ℃ in najvišjo dnevno povprečno temperaturo 20,23 ℃. Dnevna povprečna temperatura je med rastnim procesom pokazala splošni trend naraščanja (slika 1).

Med prvim krogom poskusa je dnevni svetlobni integral (DLI) v rastlinjaku nihal manj kot 14 mol/(㎡·D). Med drugim krogom poskusa je dnevna kumulativna količina naravne svetlobe v rastlinjaku pokazala splošen trend naraščanja, ki je bil višji od 8 mol/(㎡·D), največja vrednost pa se je pojavila 27. februarja 2020, in sicer 26,1 mol /(㎡·D). Sprememba dnevne kumulativne količine naravne svetlobe v rastlinjaku med drugim krogom poskusa je bila večja kot med prvim krogom poskusa (slika 2). Med prvim krogom poskusa je bila skupna dnevna kumulativna količina svetlobe (vsota naravne svetlobe DLI in led dodatne svetlobe DLI) skupine dodatne svetlobe večino časa višja od 8 mol/(㎡·D). Med drugim krogom poskusa je bila skupna dnevna akumulirana količina svetlobe skupine dodatne svetlobe večino časa več kot 10 mol/(㎡·D). Skupna akumulirana količina dodatne svetlobe v drugem krogu je bila 31,75 mol/㎡ večja od tiste v prvem krogu.

Pridelek listnate zelenjave in učinkovitost izrabe svetlobne energije

●Prvi krog rezultatov testa
Iz slike 3 je razvidno, da pakchoi, dopolnjen z LED, bolje raste, oblika rastline je bolj kompaktna, listi pa so večji in debelejši kot pri CK brez dodatka. Listi LB in MB pakchoi so svetlejši in temneje zeleni kot CK. Iz slike 4 je razvidno, da solata z LED dopolnilno lučjo uspeva bolje kot CK brez dopolnilne luči, število listov je večje, oblika rastline je polnejša.

Iz tabele 1 je razvidno, da ni bistvene razlike v višini rastline, številu listov, vsebnosti suhe snovi in ​​učinkovitosti izrabe svetlobne energije pakčoja, tretiranega s CK, LB in MB, vendar je sveža teža pakčoja, tretiranega z LB in MB, enaka. znatno višja od CK; Pri zdravljenju LB in MB ni bilo bistvene razlike v sveži masi na rastlino med dvema LED lučkama za rast z različnimi razmerji modre svetlobe.

Iz tabele 2 je razvidno, da je bila višina rastline solate pri zdravljenju z LB bistveno višja kot pri zdravljenju s CK, vendar ni bilo pomembne razlike med zdravljenjem z LB in zdravljenjem z MB. Med tremi obravnavanji so bile značilne razlike v številu listov, največje pa je bilo število listov pri tretiranju z MB, in sicer 27. Največja je bila sveža masa rastline pri tretiranju z LB, in sicer 101g. Med obema skupinama je bila tudi pomembna razlika. Med zdravljenjema s CK in LB ni bilo pomembne razlike v vsebnosti suhe snovi. Vsebnost MB je bila za 4,24 % višja kot pri zdravljenju s CK in LB. Med tremi zdravljenji so bile pomembne razlike v učinkovitosti uporabe svetlobe. Največja učinkovitost izrabe svetlobe je bila pri zdravljenju z LB, in sicer 13,23 g/mol, najmanjša pa pri zdravljenju s CK, in sicer 10,72 g/mol.

● Drugi krog rezultatov testa

Iz tabele 3 je razvidno, da je bila višina rastline Pakchoi, tretirane z MB, znatno višja od višine CK in ni bilo pomembne razlike med njo in obdelavo z LB. Število listov rastline Pakchoi, zdravljenih z LB in MB, je bilo znatno večje od števila listov s CK, vendar ni bilo pomembne razlike med obema skupinama dopolnilnih svetlobnih zdravljenj. Med tremi obravnavanji so bile pomembne razlike v sveži teži rastline. Najnižja je bila sveža masa na rastlino v CK 47 g, največja pa pri tretiranju z MB 116 g. Med tremi tretiranji ni bilo bistvene razlike v vsebnosti suhe snovi. Obstajajo velike razlike v učinkovitosti izrabe svetlobne energije. CK je nizka pri 8,74 g/mol, zdravljenje z MB pa je najvišje pri 13,64 g/mol.

Iz tabele 4 je razvidno, da med tremi tretmaji ni bilo pomembne razlike v višini rastline solate. Število listov pri zdravljenju z LB in MB je bilo bistveno večje kot pri CK. Med njimi je bilo največ listov MB, in sicer 26. Med zdravljenji z LB in MB ni bilo pomembne razlike v številu listov. Sveža teža na rastlino pri obeh skupinah dopolnilnih svetlobnih tretiranj je bila bistveno višja kot pri CK, sveža teža na rastlino pa je bila največja pri tretiranju z MB, ki je znašala 133 g. Med zdravljenjem z LB in MB so bile tudi pomembne razlike. Med tremi obravnavanji so bile pomembne razlike v vsebnosti suhe snovi, največja pa je bila vsebnost suhe snovi pri tretiranju LB, in sicer 4,05 %. Učinkovitost izrabe svetlobne energije pri obdelavi z MB je bistveno višja kot pri obdelavi s CK in LB, ki znaša 12,67 g/mol.

Med drugim krogom poskusa je bil skupni DLI skupine z dodatno svetlobo veliko višji od DLI v enakem številu dni kolonizacije v prvem krogu poskusa (slika 1-2), čas dodatne svetlobe z dodatno svetlobo pa zdravljena skupina v drugem krogu poskusa (4:00-00-17:00). V primerjavi s prvim krogom poskusa (6:30-17:00) se je povečal za 2,5 ure. Čas žetve dveh krogov Pakchoi je bil 35 dni po sajenju. Sveža teža posamezne rastline CK v obeh krogih je bila podobna. Razlika v sveži teži na rastlino pri zdravljenju z LB in MB v primerjavi s CK v drugem krogu poskusov je bila veliko večja od razlike v sveži teži na rastlino v primerjavi s CK v prvem krogu poskusov (tabela 1, tabela 3). Čas obiranja drugega kroga poskusne solate je bil 42 dni po sajenju, čas obiranja prvega kroga poskusne solate pa 46 dni po sajenju. Število kolonizacijskih dni, ko je bil pobran drugi krog poskusne solate CK, je bilo 4 dni manj kot v prvem krogu, vendar je sveža teža na rastlino 1,57-krat večja kot v prvem krogu poskusov (tabela 2 in tabela 4), in učinkovitost izrabe svetlobne energije je podobna. Vidimo lahko, da se proizvodni cikel solate skrajša, ko se temperatura postopoma dvigne in se naravna svetloba v rastlinjaku postopno poveča.

Materiali in metode
Dva kroga testiranja sta v bistvu zajemala celotno zimo v Šanghaju in kontrolna skupina (CK) je lahko relativno obnovila dejansko stanje proizvodnje hidroponskega zelenega stebla in solate v rastlinjaku pri nizki temperaturi in nizki sončni svetlobi pozimi. Eksperimentalna skupina z lahkimi dodatki je imela pomemben promocijski učinek na najbolj intuitiven podatkovni indeks (sveža teža na rastlino) v dveh krogih poskusov. Med njimi se je učinek povečanja donosa Pakchoi odražal v velikosti, barvi in ​​debelini listov hkrati. Toda solata ponavadi poveča število listov in oblika rastline je videti polnejša. Rezultati testiranja kažejo, da lahko lahki dodatki izboljšajo svežo težo in kakovost proizvodov pri sajenju obeh kategorij zelenjave, s čimer se poveča komercialnost zelenjavnih proizvodov. Pakchoi, dopolnjen z Rdeče-beli, nizko-modri in rdeče-beli, srednje modri moduli zgornje luči LED so temneje zeleni in sijoči na videz kot listi brez dodatne svetlobe, listi so večji in debelejši, trend rasti pa celotna vrsta rastline je bolj kompaktna in živahna. Vendar "mozaična solata" spada med svetlo zelene listnate zelenjave in v procesu rasti ni očitnega procesa spreminjanja barve. Človeškim očem sprememba barve listov ni očitna. Ustrezen delež modre svetlobe lahko spodbuja razvoj listov in fotosintetično sintezo pigmenta ter zavira raztezanje internodijev. Zato je zelenjava v skupini lahkih dodatkov bolj naklonjena potrošnikom glede kakovosti videza.

Med drugim krogom preskusa je bila skupna dnevna kumulativna količina svetlobe skupine z dodatno svetlobo veliko višja od DLI v istem številu dni kolonizacije v prvem krogu poskusa (slika 1-2), dodatna svetloba pa čas drugega kroga skupine z dodatno svetlobno terapijo (4:00-17:00) se je v primerjavi s prvim krogom poskusa (6:30-17:00) povečal za 2,5 ure. Čas žetve dveh krogov Pakchoi je bil 35 dni po sajenju. Sveža teža CK v obeh krogih je bila podobna. Razlika v sveži teži na rastlino med tretiranjem z LB in MB ter CK v drugem krogu poskusov je bila veliko večja kot razlika v sveži teži na rastlino s CK v prvem krogu poskusov (tabela 1 in tabela 3). Zato lahko podaljšanje časa dodajanja svetlobe spodbudi povečanje proizvodnje hidroponskih rastlin Pakchoi, ki se pozimi gojijo v zaprtih prostorih. Čas obiranja drugega kroga poskusne solate je bil 42 dni po sajenju, čas obiranja prvega kroga poskusne solate pa 46 dni po sajenju. Ko je bil pobran drugi krog poskusne solate, je bilo število kolonizacijskih dni skupine CK 4 dni manj kot v prvem krogu. Vendar pa je bila sveža teža posamezne rastline 1,57-krat večja od mase prvega kroga poskusov (tabela 2 in tabela 4). Učinkovitost izrabe svetlobne energije je bila podobna. Vidimo lahko, da se s postopnim naraščanjem temperature in postopnim povečevanjem naravne svetlobe v rastlinjaku (slika 1-2) proizvodni cikel solate ustrezno skrajša. Zato lahko dodajanje dodatne svetlobne opreme v rastlinjak pozimi z nizko temperaturo in malo sončne svetlobe učinkovito izboljša učinkovitost proizvodnje solate in nato poveča proizvodnjo. V prvem krogu poskusa je bila poraba energije svetlobe, dopolnjene z listno rastlino menija, 0,95 kw-h, v drugem krogu poskusa pa je bila poraba energije svetlobe, dopolnjene z listno rastlino menija, 1,15 kw-h. V primerjavi med obema krogoma poskusov je bila poraba svetlobe pri treh zdravljenjih s Pakchoijem učinkovitost izrabe energije v drugem poskusu nižja kot v prvem poskusu. Učinkovitost izrabe svetlobne energije skupin za dodatno obdelavo s svetlobo solate CK in LB v drugem poskusu je bila nekoliko nižja kot v prvem poskusu. Domneva se, da je možni razlog v tem, da nizka dnevna povprečna temperatura v enem tednu po sajenju podaljša obdobje počasne sadike, in čeprav se je temperatura med poskusom nekoliko povrnila, je bil razpon omejen, skupna dnevna povprečna temperatura pa je bila še vedno na nizki ravni, kar je omejevalo učinkovitost izrabe svetlobne energije med celotnim ciklom rasti za hidroponiko listnate zelenjave. (Slika 1).

Med poskusom bazen s hranilno raztopino ni bil opremljen z opremo za ogrevanje, tako da je bilo koreninsko okolje hidroponične listnate zelenjave vedno na nizki ravni, povprečna dnevna temperatura pa je bila omejena, zaradi česar zelenjava ni mogla v celoti izkoristiti dnevne kumulativne svetlobe, povečane s podaljšanjem dopolnilne LED luči. Zato je pri dopolnjevanju svetlobe v rastlinjaku pozimi treba upoštevati ustrezne ukrepe za ohranjanje toplote in ogrevanje, da se zagotovi učinek dopolnjevanja svetlobe za povečanje proizvodnje. Zato je treba razmisliti o ustreznih ukrepih za ohranjanje toplote in zvišanje temperature, da zagotovimo učinek osvetlitve in povečanja pridelka v zimskih rastlinjakih. Uporaba LED dodatne luči bo do neke mere povečala proizvodne stroške, sama kmetijska proizvodnja pa ni visoko donosna panoga. Torej glede tega, kako optimizirati strategijo dodatne svetlobe in sodelovati z drugimi ukrepi pri dejanski pridelavi hidroponične listnate zelenjave v zimskih rastlinjakih ter kako uporabiti opremo dodatne svetlobe za doseganje učinkovite proizvodnje in izboljšanje učinkovitosti izrabe svetlobne energije ter gospodarskih koristi , potrebuje še nadaljnje proizvodne poskuse.

Avtorji: Yiming Ji, Kang Liu, Xianping Zhang, Honglei Mao (Shanghai green cube Agricultural Development Co., Ltd.).
Vir članka: Tehnologija kmetijske tehnike (rastlinjaška hortikultura).

Reference:
[1] Jianfeng Dai, Philipsova hortikulturna praksa uporabe LED v rastlinjakih [J]. Tehnologija kmetijske tehnike, 2017, 37 (13): 28-32
[2] Xiaoling Yang, Lanfang Song, Zhengli Jin et al. Stanje uporabe in perspektiva tehnologije lahkih dodatkov za zaščiteno sadje in zelenjavo [J]. Severna hortikultura, 2018 (17): 166-170
[3] Xiaoying Liu, Zhigang Xu, Xuelei Jiao et al. Status raziskav in uporabe ter strategija razvoja razsvetljave rastlin [J]. Revija za svetlobno tehniko, 013, 24 (4): 1-7
[4] Jing Xie, Hou Cheng Liu, Wei Song Shi, et al. Uporaba svetlobnega vira in nadzor kakovosti svetlobe pri pridelavi zelenjave v rastlinjakih [J]. Kitajska zelenjava, 2012 (2): 1-7